Вопрос 1 АМПЛИТУДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

Пиковые детекторы видеоимпульсов

Возможная схема пикового детектора видеоимпульсов изобра­жена на рисунке 2.4. Здесь на полевом транзисторе VT выполнен видеоусилитель. Непосредственно детектор выполнен по парал­лельной схеме на диодеVDс элементами нагрузки С и R_н.

Так как здесь в отличие от амплитудного детектора непрерыв­ных сигналов входное напряжение снимается не с узкополосного контура УПЧ, а с широкополос­ной нагрузки видеоусилителя R_с шунтирующее влияние парал­лельного детектора, приводящее к изменению ширины полосы про­пускания УПЧ, не проявляется. В рассматриваемой схеме реализуется преимущество параллельного детектора, состоящее в том, что конденсатор С детектора одновременно выполняет роль развязы­вающего конденсатора, предотвращая попадание постоянной со­ставляющей напряжения стока транзистора на диод детектора.

Работает рассматриваемая схема от импульсов отрицательной полярности, поступающих на вход видеоусилителя. При появле­нии входного импульса транзисторVTзакрывается и конденсатор С заряжается до амплитуды входного напряжения через сравни­тельно малое сопротивление стока и открытый диод. В интервале. между импульсами транзистор открывается, а диод запирается, и конденсатор разряжается через резистор нагрузки. Если выпол­нить условие (2.1), то конденсатор С не успеет заметно разря­диться за время между импульсами, и на выходе сформируется от­рицательное напряжение, пропорциональное амплитуде детектируемых импульсов.

Рисунок 2.4 – Пиковый детектор на полевом транзисторе

Амплитудные ограничители (АО) применяют в приемниках ЧМ- и ФМ-колебаний для подавления паразитной AM, возникающей при прохождении ЧМ- и ФМ-колебаний через высокочастот­ный тракт приемника с неравномерной частотной характеристикой. Мешающее действие паразитной AMобусловлено тем, что детектированием ЧМ- и ФМ-сигналов осуществляется при преобразовании ЧМ- и ФМ-сигналов в сигналы AMс дальнейшим их детектированием детекторами AM. Поэтому паразитная AMсигналов ЧМ и ФМ после преобразования будет накладываться на полезную AMи искажать принимаемую информацию.

Амплитудные ограничители также уменьшают действие помех, вызывающих изменение амплитуды ЧМ- и ФМ-колебаний. Для выполнения указанных функций амплитудная характеристика АО должна иметь вид, представленный на рисунке1.1 (кривая 1). Реальная амплитудная характеристика АО немного отличается от идеальной (рисунок 1.1, кривая 2).

Как следует из рисунка 1.1, при малых входных напряжениях (U_вх<U_вх0)выходное напряжение линейно связано с входным. При превышении входным напряжением U_вх0, называемого порогом ограничения, выходное напряжение не должно изменяться при изменении входного. Качество ограничителя характеризуется коэффициентом ограничения

Рисунок 1.1 – Идеальная (кривая 1) и реальная (кривая 2) амплитудные характеристики амплитудного ограничителя

При построении АО широко используется нелинейность ВАХ транзисторов и полупроводниковых диодов. Схема АО представлена на рисунке 1.2,а, диаграммы, поясняющие работу схемы,— на рисунке 1.2,б.

В исходном состоянии транзисторVT1открыт отрицательным смещением, создаваемым делителемR1R2.Через транзисторVT1 протекает ток, создающий на сопротивленииR_э падение напряженияU_Rэ, поддерживающее транзисторVT2в закрытом состоянии (U_Rэ>U_R2).Ток через закрытый транзисторVT2равен нулю. Этому соответствует точка 0 на вольт-амперной характеристике, изображенной на рисунке 1.2,б. Дальнейшее уменьшение отрицательного входного напряжения относительно напряжения смещения не изменяет исходного состояния схемы (участок ОА на вольт-амперной характеристике). Увеличение входного напряжения будет закрывать транзисторVT1.Ток через него уменьшится, уменьшится падение напряжения на резистореR_эи транзисторVT2откроется. При дальнейшем увеличении входного напряжения ток через транзисторVT2будет увеличиваться (участок 0В на вольт-амперной характеристике).

Когда входное напряжение скомпенсирует отрицательное на­пряжение смещения транзистораVT1, напряжение на его базе станет равным нулю, и транзисторVT1закроется. Дальнейшее увеличение входного напряжения не будет вызывать изменение тока ни через транзисторVT1, ни через транзисторVT2(участок BDна вольт-амперной характеристике). Таким образом, выходной ток рассмотренной схемы не может превышать значений, определяемых точками 0 и В на вольт-амперной характеристике, что и требуется от АО. Выходной ток транзистораVT2проходит через колебательный контур L_к2С_к2и в силу резонансных свойств этого контура возбуждает в нем гармоническое напряжение, частота которого равна частоте первой гармоники проходящего через него тока.

Рисунок 1.2 – Схема амплитудного ограничителя на двух транзисторах (а) и диаграммы процессов (б)

Рисунок 1.3 – Схема усилителя с диодным амплитудным ограничителем (а) и диаграмма выходного напряжения (б)

Хорошие результаты можно получить в диодном АО, схема ко­торого представлена на рисунке 1.3,а. ДиодыVD1иVD2заперты напряжениямиU₁иU₂,которые создаются делителемR3R4R5, питающимся от источника питания Е_пит. При сигналах, меньших U₁иU₂, сопротивление запертых диодов велико, и они практически не шунтируют контур L_к С_к, параллельно которому они включены. Как только сигнал превышает U₁ или U₂, соответствующий диод открывается и шунтирует контур L_к С_к, уменьшая выходное напряжение. Процесс ограничения иллюстрируется диаграммой на рисунке 1.3,б.

Недостатком рассматриваемой схемы является изменение по­лосы пропускания каскада из-за шунтирования контура.

От этого недостатка свободна схема, изображенная на рисунке 1.4,а. Контур С_к L_к настроен на промежуточную частоту. Поэтому рассматриваемый каскад по существу является УПЧ. Ограничение здесь достигается за счет такого режима работы транзистора, чтобы при больших входных сигналах он переходил в режим насыщения или отсечки. Для этого необходимо, чтобы транзистор работал при пониженном напряжении на коллекторе. Такой режим достигается выбором сравнительно большого сопротивления резистора R_ф.На рисунке 1.4,б показаны вольт-амперные характеристики транзистора и динамические характеристики каскада, поясняющие выбор режима работы,

α₁ = arcctg R_ф,

α₂=arcctg R_эк0

(R_эк0— эквивалентное сопротивление контура L_кС_к токам промежуточной частоты с учетом всех шунтирующих сопротивлений).

Рисунок 1.4 – Схема амплитудного ограничителя, совмещёного с усилителем (а), и вольт-амперная характеристика транзистора и динамические характеристики усилителя-ограничителя (б)

Улучшить качество ограничения можно каскадным включением отдельных ограничителей. При этом суммарный коэффициент при каскадном включении n ограничителей будет

,

где — коэффициент ограничения i-го каскада.